三維排滲在細(xì)粒尾礦筑壩中的應(yīng)用

■任媛 肖博

（西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院 陜西西安 710001）

三維排滲在細(xì)粒尾礦筑壩中的應(yīng)用

■任媛 肖博

（西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院 陜西西安 710001）

本文提出了細(xì)粒尾礦筑壩的關(guān)鍵技術(shù)，分析了細(xì)粒尾礦筑壩的技術(shù)理論，結(jié)合國(guó)內(nèi)很多礦山尾礦筑壩實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了三維排滲，壩基設(shè)排滲褥墊的排滲方法，來(lái)縮短壩體排水固結(jié)的時(shí)間，增強(qiáng)壩體穩(wěn)定性，較好的解決了細(xì)粒尾礦筑壩的關(guān)鍵技術(shù)。

細(xì)粒尾礦筑壩三維排滲排滲褥墊穩(wěn)定性

這些年隨著采礦業(yè)的發(fā)展，很多黃金礦山為了提高金的回收率，引進(jìn)了先進(jìn)的選礦工藝流程，例如：碳浸法、氰化鋅粉置換等提金工藝，這些工藝流程一般提高磨礦細(xì)度條件下進(jìn)行的。選礦廠排出的尾礦粒度很細(xì)，一般在-200目占90%左右。陜西的大西溝菱鐵礦采用焙燒工藝后，選礦廠排出的尾礦也比較細(xì)，而云南錫業(yè)公司的細(xì)粒尾礦則早為人知。

1 細(xì)粒尾礦筑壩的提出

尾礦筑壩較常見(jiàn)的方式為上游式堆壩，通常尾礦壩分初期壩和后期壩，考慮一定的庫(kù)容時(shí)，降低尾礦堆積壩的高度，相對(duì)要增加初期壩的高度，所以細(xì)粒尾礦是否能筑壩，直接關(guān)系到工程投資的總造價(jià)，并且一次性筑壩的前期投資也會(huì)大大提高。例如：陜西陜西大西溝礦業(yè)有限公司茨溝尾礦庫(kù)工程，由于尾砂粒度較細(xì)，-325目占97%，尾礦加權(quán)平均粒徑 dp=0.022mm，采用庫(kù)內(nèi)放礦，尾礦壩分四期修筑，堆石碾壓壩，尾礦壩總高128m，其中一期壩高59m，一期尾礦壩造價(jià)為2664.56萬(wàn)元。單方尾礦投資達(dá)18.6元。類(lèi)似的工程還有很多，這就要求我們?cè)跐M(mǎn)足安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的條件下來(lái)解決細(xì)粒尾礦筑壩的問(wèn)題。

通常細(xì)粒尾礦筑壩采取的措施有子壩采用堆石進(jìn)行堆筑或子壩外坡加壓廢石、風(fēng)化料等材料來(lái)提高堆積壩的強(qiáng)度，或者采用尾礦干式堆存的方式，降低壩體的浸潤(rùn)線(xiàn)高度，從而提高壩體的穩(wěn)定性。

有些礦山附近缺少用來(lái)加固壩體的石料，或是運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，投資較高、管理較復(fù)雜等原因，造成細(xì)粒尾礦筑壩的困難。

細(xì)粒尾礦是指平均粒徑dcp≤0.03mm，其中，-0.019mm含量一般＞50%、+0.074mm的含量＜10%和+0.039mm≤30%的尾礦。

根據(jù)試驗(yàn)和國(guó)內(nèi)筑壩實(shí)踐，一般認(rèn)為，粒徑大于0.037mm的尾礦在分散放礦時(shí)可形成沉積灘；0.037~0.019mm的顆粒沉積較好；-0.019mm的顆粒不易沉積，當(dāng)其懸液濃度為5~10%，潛流速度超過(guò)10cm/s時(shí)可能發(fā)生異重流，所以把0.020mm顆粒作為筑壩的分界粒徑。

云錫公司研究和實(shí)踐證明，當(dāng)小于0.020mm顆粒占70%以上時(shí)，用其筑壩的可能性將很小，新冠選礦尾礦0.02mm占74.4%，未筑壩；卡房尾礦0.02mm占61%筑壩高4m；黃茅山尾礦0.02mm占63%，筑壩高10m；云南錫業(yè)公司細(xì)粒尾礦-0.019mm占64.03~ 69.86%，筑壩高17.35~28m。

人們對(duì)細(xì)粒尾礦的擔(dān)心，主要是細(xì)粒尾礦堆積體滲透性差，固結(jié)慢，沉積灘面緩。這些問(wèn)題如果能解決，用尾礦堆壩或者堆較高的壩，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益是非常明顯的。

2 細(xì)粒尾礦筑壩的實(shí)踐

四方金礦荒草溝尾礦壩入庫(kù)的尾砂-200目占83%，d50= 0.022mm。初期壩為透水堆石壩，壩高30m，堆積壩為上游法尾砂堆壩，設(shè)計(jì)壩高58m，已堆積壩高55m，總壩高85m，1998年8月投入運(yùn)行，2009年7月已達(dá)前述壩高。堆積壩平均壩坡1:4.5。經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘測(cè)：

壩體物理力學(xué)指標(biāo)：

壩體土性名稱(chēng)定名為：尾粉土；含水量標(biāo)準(zhǔn)值26.7~27.69%；比重：2.7；天然重度18.42~19.23；干重度：14.61~15.49；空隙比：0.750~ 0.823；孔隙度：42.97~42.04%；飽和度91.22~97.88%；液限：33.9~ 32.1%，塑限：23~24.2%；液性指數(shù)：0.3~0.6；塑性指數(shù)：9.6~9.8；壓縮指數(shù)：0.19~0.23Mpa-1；變形模量：8.21~10.31 Mpa。

室內(nèi)快剪指標(biāo)C（Mpa）32.9~43.9；φ（°）19.6~20.9

固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)指標(biāo)：凝聚力Ccu（Kpa）24.6~32.7；內(nèi)摩擦角（°）28.4~30.85；有效粘聚力C’cu（Kpa）11~25；有效內(nèi)摩擦角（°）27.15~32.75；滲透系數(shù)：（10-5cm/s）垂直方向：0.229~6.57

水平方向：1.08~4.47。現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)：滲透系數(shù)（cm/s）：2.43×10-6~1.14×10-4；壩面浸潤(rùn)線(xiàn)埋深：25.45~35.2m；灘面浸潤(rùn)線(xiàn)深度6.2~ 13.96m。

經(jīng)計(jì)算該庫(kù)的靜力和動(dòng)力都是穩(wěn)定的，沉積灘的坡度在0.0209~0.0262，可以滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小干灘100m的要求，除了壩體飽和度較高，滲透系數(shù)偏小外，其它和一般尾礦庫(kù)相差不大，但浸潤(rùn)線(xiàn)遠(yuǎn)比一般尾礦庫(kù)要低。這給用細(xì)粒尾礦堆筑較高的壩提供了范例。

荒草溝尾礦庫(kù)采用的關(guān)鍵技術(shù)之一是加強(qiáng)排滲。初期壩底部保持了原天然地基的透水性，又布置了庫(kù)底的枝狀排滲管網(wǎng)，在庫(kù)底形成排水墊層，穿過(guò)初期壩由庫(kù)底引出。同時(shí)該庫(kù)原布置的排洪涵管報(bào)廢后，仍有良好的排水效果，其實(shí)測(cè)的排水流量比壩體排水還多。

堆積壩內(nèi)采用三維排滲，壩基設(shè)排滲褥墊，可以明顯降低壩體浸潤(rùn)線(xiàn)高度，提高細(xì)粒尾砂筑壩的穩(wěn)定性。

近年來(lái)，后期壩體內(nèi)設(shè)二維排滲系統(tǒng)的尾礦庫(kù)很多，排滲管采用PVC管，打孔，外裹土工布，經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)，該方法排滲效果很不錯(cuò)。

細(xì)粒尾礦筑壩采用三維立體網(wǎng)進(jìn)行排滲，在堆積壩體內(nèi)，每級(jí)馬道高程，堆筑子壩前，沿灘面鋪設(shè)水平、豎直排滲管網(wǎng)，豎直排滲管連通每級(jí)馬道間的水平排滲管網(wǎng)；壩基鋪設(shè)排滲褥墊，即在初期壩腳向庫(kù)內(nèi)延伸一段距離，垂直于壩軸線(xiàn)方向鋪設(shè)水平、橫向排滲管，縱向水平間距6~8m，排滲管可采取軟式透水管，外包裹土工布。以上兩種排滲措施很大程度上降低了壩前浸潤(rùn)線(xiàn)高度，從而提高壩體的穩(wěn)定性。

四方金礦荒草溝尾礦庫(kù)排滲措施采取了三維立體網(wǎng)進(jìn)行排滲，根據(jù)壩體工程勘察結(jié)果，壩體的含水率和飽和度高，影響壩的穩(wěn)定，因此，細(xì)粒尾礦筑壩必須采用加強(qiáng)排水的措施。采用水平管排水的設(shè)計(jì)，排水管的間距與需降水的高度時(shí)間和管徑有關(guān)，參照我國(guó)在淤泥質(zhì)亞粘土中的經(jīng)驗(yàn)，水平間距為4m，層距也為4m，上、下兩層交錯(cuò)布置，排水管管材采用PVC排水管，人工打孔，開(kāi)孔率(6～8%)，外包土工布(400g/m2)纏繞搭接而成，搭接寬度為1/2布寬，也可買(mǎi)軟式透水管等成品管。豎直排滲管仍采用PVC排水管，人工打孔，外裹土工布，外設(shè)反濾料和塊石透水體，為了保證豎直排水管的強(qiáng)度，在塊石外設(shè)竹條編制的竹筐。豎直排水管與水平排水管相連接，形成三維排水，加強(qiáng)了壩體的固結(jié)排水，有利于壩體的穩(wěn)定上升。排水管的施工和子壩同步進(jìn)行，集水管和輸水支管必須在子壩填筑前完成。

（1）排水管所用土工布技術(shù)要求：

①保土性：O95≤1.8d85=0.144mm

O95—土工織物的等效粒徑，mm;

D85—被保護(hù)土的特征粒徑，即土中小于該粒徑的質(zhì)量占總質(zhì)量的85%，mm;

1.8 —經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

②透水性：

為了滲透水流通暢的排出，土工織物的滲透系數(shù)kg20與被保護(hù)土的滲透系數(shù)ks20之間的關(guān)系應(yīng)符合下列關(guān)系：Kg20≧10ks20＞10-1cm/s③防堵性：

為了保證在滲透過(guò)程中土工織物不致被細(xì)土粒淤堵失效，梯度比：

GR≤3 GR通過(guò)專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)確定。

⑵排水管排水能力計(jì)算：排水管是三維排滲的主要元件，現(xiàn)將水平排水管的排水能力計(jì)算列于后：

恒定流：胡格浩特公式

P613[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-375-2